[发明专利]一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪及其加工方法

权利要求书

1.一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：由上至下包括盖帽和晶圆，所述晶圆包括上层的器件层和下层的衬底层，器件层设有若干电极、谐振子、第一光学微腔、第二光学微腔、第一光波导和第二光波导，所述电极与谐振子内壁相邻，构成电容，第一光波导和第二光波导对称分布于谐振子两侧，第一光学微腔和第二光学微腔分别与第一光波导和第二光波导相邻，且第一光学微腔和第二光学微腔均与谐振子相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述谐振子为圆盘状，其由内向外依次包括内环、内盘、中环、中盘、外环和外盘，外盘上设有若干解耦梁，所述电极与谐振子内环相邻，构成电容，所述外盘周围为隔离结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述电极有四个，其均匀排布于谐振子内环内侧，电极与谐振子内环构成电容，输入电信号后，产生静电力，从而驱动各环与各盘结构振动，产生声波。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述光学微腔为圆盘状，位于谐振子边缘位置，光波导为直波导结构，与光学微腔相切，用以光的输入与输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述盖帽为硅盖帽，位于所述谐振子正上方，所述盖帽上设有若干电极通孔，与所述电极一一对应，电极通过电极通孔与金属引线电连接，实现电信号的输入。

6.根据权利要求5所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述硅盖帽在一片硅晶圆上加工完成，电极通孔为锥形孔，在硅盖帽的下表面四周沉积了键合金属层，用于实现盖帽与晶圆的键合。

7.根据权利要求1所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪，其特征在于：所述谐振子和电极在一片SOI晶圆的器件层上加工得到，光波导和光学微腔通过LPCVD在谐振子所在的SOI晶圆器件层表面沉积的氧化硅层加工而成。

8.权利要求1-7任一项所述的基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清洗晶圆，干燥，在晶圆器件层表面采用低压化学气相沉积方法沉积一层导光层，用于光波导与光学微腔的加工；

(2)清洗、干燥步骤(1)的晶圆表面后，在导光层表面涂一层粘附剂，再旋涂一层电子束曝光胶并固化；

(3)在步骤(2)得到的电子束曝光胶层，利用电子束曝光，定义光波导与光学微腔的图案与位置，然后进行显影和后烘；

(4)在步骤(3)基础上，采用干法刻蚀工艺，在导光层加工得到光波导和光学微腔，之后去除残留的电子束曝光胶；

(5)清洗干燥步骤(4)加工的晶圆后，在器件层表面喷涂光刻胶并固化，然后利用第一块掩膜版将电极、圆盘谐振子的图案转移到光刻胶层；

(6)在步骤(5)的基础上，利用深反应离子刻蚀加工得到电极和谐振子，之后湿法腐蚀，去除圆盘谐振子下方的部分掩埋氧化层，接着去除残留光刻胶；

(7)另取一片硅晶圆，清洗，干燥表面后，在下表面旋涂光刻胶，利用第二块掩膜版，通过光刻定义出金属键合区的图案，接着依次沉积一层铬金属和金层，采用lift-off工艺，剥离得到键合区，去除残留光刻胶；

(8)在步骤(7)得到的盖帽的上表面旋涂光刻胶，利用第三块掩膜版，通过光刻定义出电极孔的图案，然后湿法刻蚀，在盖帽上开出电极孔，之后，清洗残留光刻胶；

(9)将步骤(8)的盖帽与步骤(5)得到的结构通过金硅键合工艺实现键合，得到完整的光声波陀螺仪结构。

9.根据权利要求8所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪的加工方法，其特征在于：所述步骤(1)中沉积的导光层材料为氧化硅、氮化硅、磷化铟或砷化镓。

10.根据权利要求9所述的一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪的加工方法，其特征在于：所述导光层材料为氧化硅时，步骤(1)中沉积导光层时，采用低压化学气相沉积方法或采用在SOI晶圆器件层表面，以硅热氧化工艺产生。